Информатика и ИКт 10-11 Цветкова Методическое пособие 2013.pdf

Введение

Что изучается в курсе информатики для
10—11 классов

Изучение любого школьного предмета можно сравнить со строительством дома.
Только этот дом складывается не из кирпичей и бетонных плит, а из знаний и
умений. Строительство дома начинается с фундамента. Очень важно, чтобы
фундамент был прочным, потому что на него опирается всё остальное сооружение.
Фундаментом для курса «Информатика 10—11» являются знания и умения, которые вы
получили, изучая курс информатики в основной школе в 7—9 классах. Вам уже не
требуется объяснять, что такое компьютер и как он работает; с какой информацией
может работать компьютер; что такое программа и программное обеспечение
компьютера; что такое информационные технологии. В курсе информатики основной
школы вы получили представление о том, в каком виде хранится информация в
памяти компьютера, что такое алгоритм, информационная модель. Вы научились
обращаться с клавиатурой, мышью, дисками, принтером; работать в среде
операционной системы; получили основные навыки работы с текстовыми и
графическими редакторами, с базами данных и электронными таблицами. Все эти
знания и навыки вам будут необходимы при изучении курса «Информатика 10-11».

Термин «вычисления» может использоваться в двух смыслах:

     информатика
как научная область, предметом изучения которой являются информация и
информационные процессы; в которой осуществляется изобретение и создание новых
средств работы с информацией;     информатика
как практическая область деятельности людей, связанная с применением
компьютеров для работы с информацией.

Как современная техника немыслима без открытий
теоретической физики, так и развитие информатики и информационных технологий
невозможно без теории информации, теории алгоритмов и целого ряда других теорий
в области кибернетики, лингвистики, семиотики, системологии и прочих наук.

В соответствии с современным пониманием, в информатике
можно выделить четыре части:

1)  теоретическая
информатика;

2) 
средства
информатизации;

З) информационные технологии; 4)
социальная информатика.

Теоретическая информатика — это научная область, предмет
изучения которой — информация и информационные процессы. Как любая
фундаментальная наука, теоретическая информатика раскрывает законы и принципы в
своей предметной области.

Вторую и третью части в совокупности можно назвать прикладной информатикой.
Прикладная информатика — это область практического применения понятий, законов
и принципов, выработанных теоретической информатикой. Прикладная информатика,
безусловно, связана с применением компьютеров и информационных технологий. В
наше время таких прикладных областей очень много: это решение научных задач с
помощью компьютера, издательская деятельность, разработка информационных
систем, управление различными объектами и системами, техническое
проектирование, компьютерное обучение, сетевые информационные технологии и
многое-многое другое.
В последние годы в информатике сформировалось новое
направление, которое называют социальной информатикой. Его появление связано с
тем, что широкое внедрение в жизнь компьютерных технологий и современных
средств информационных коммуникаций (Интернета, сотовой связи) оказывает всё
более

Предметная область современной информатики очень велика и
разнообразна. Как известно, нельзя объять необъятное. И наш курс затронет лишь
часть тем и задач информатики. Вопросы,

которые мы с вами будем изучать, относятся к четырем
важнейшим понятиям информатики:

1)  информационные
процессы;

2)  информационные
системы; З) информационные модели;

4) информационные технологии.

Правила техники безопасности и
гигиены при работе на персональном компьютере

В наши дни персональный компьютер — неотъемлемая часть
обеспечения работы, учебы и досуга. Проводя за ним долгие часы, мы не склонны
задумываться, что перед нами не только бесценный помощник, но и потенциальный
источник повышенной опасности. Этой опасности можно избежать, если соблюдать
несложные правила.

Прежде всего, не надо забывать, что компьютер электроприбор, находящийся под
напряжением, величина которого может быть смертельно опасной. Под опасным
напряжением находятся и многие отдельные узлы системного блока, а также
устройства, составляющие часть рабочего места человека, пользующегося
персональным компьютером, — монитор, принтер, сканер, звуковые колонки и т, д.
В связи с этим недопустимо:

•   
вскрывать корпус компьютера, не отключенного от электрической
сети;

•   
использовать некачественные или изношенные провода, электрические
розетки, удлинители и иные вспомогательные электрические аксессуары;

Следует также знать, что на отдельных элементах
компьютера (например, мониторах некоторых типов, источниках бесперебойного
питания) высокое напряжение может сохраняться и некоторое время после
отключения компьютера от сети.

Компьютер является и потенциальным источником пожарной опасности.
Положенные на системный блок или источник питания листы бумаги, особенно если
они закрывают вентиляционные отверстия, могут воспламениться (или привести к
выходу из строя компьютера за счет перегрева).

Давайте не будем путать: из того, что вы умеете
программировать, инсталлировать и удалять программы, создавать презентации,
общаться в Интернете и т. д., вовсе не следует, что вы являетесь
квалифицированным специалистом по сборке-разборке компьютера. От правильной
самооценки в этих вопросах зависит ваше здоровье (и даже жизнь).

Если правила техники безопасности при работе с компьютером, связанные с
«электрической» составляющей, относительно просты и легко выполнимы, то правила
личной гигиены в этой сфере (тоже не очень сложные) гораздо реже соблюдаются на
практике, особенно когда мы не в школьном компьютерном классе, где за их
соблюдением следит учитель, а дома. Вспомните, что элементарное требование
«регулярно мойте руки мылом» предохраняет здоровье миллионов людей эффективнее
самых совершенных лекарств, но многие люди болеют лишь потому, что его
нарушили. При работе с компьютером имеет место аналогичная ситуация люди, не
соблюдая элементарные гигиенические нормы, теряют зрение, портят осанку,
чрезмерно утомляются и даже доводят себя до психических расстройств. Длительная
работа за компьютером негативно сказывается на многих функциях человеческого
организма: эндокринной, иммунной и репроДуктивной системах, на зрении и
костно-мышечном аппарате.

Обсудим некоторые проблемы в этой сфере
детальнее.

Электромагнитные излучения, сопровождающие работу
системного блока, монитора и других узлов компьютера, традиционно
рассматриваются как первостепенные источники опасности для человека. Несмотря
на то что современные персональные компьютеры в этом отношении гораздо менее
опасны, чем их прародители, эта угроза сохраняется.

Современные
жидкокристаллические мониторы практически не дают опасного излучения, в отличие
от боковых и задних стенок системного блока, источников бесперебойного питания,
и поэтому не следует ставить их вплотную к пользователю. В компьютерном классе,
где стоит несколько компьютеров, системный блок соседнего компьютера не должен
задней стенкой упираться в человека — на этот счет существуют строгие правила,
как расставлять компьютеры.

Вредное влияние на зрение, оказываемое монитором, можно
уменьшить как за счет высокого качества монитора, так и путем периодического
выполнения несложных упражнений для глаз. Монитор должен удовлетворять
международным стандартам безопасности, что фиксируется в сопроводительной
документации.

И наконец, нельзя не сказать о вредном влиянии на
психику, наблюдаемом у некоторых пользователей персональных компьютеров, число
которых, к сожалению, возрастает. Компьютерная зависимость, проявляющаяся в
том, что люди (прежде всего молодые) теряют интерес ко всему, кроме
компьютерных игр и/или общения в Интернете, по классификации Всемирной организации
здравоохранения отнесена к опасным психическим расстройствам.

Эти люди
постепенно теряют связь с действительностью и начинают жить в воображаемом
мире. «Техника безопасности» здесь состоит в самоконтроле и контроле со стороны
окружающих, помогающих вовремя оторваться от виртуального мира и вернуться в
мир реальный.

Автоматическая обработка информации

Договоримся о терминологии: под словом «программа» мы всегда
будем понимать алгоритм, записанный по строгим правилам языка команд
исполнителя — на языке программирования для данного исполнителя.

Опишем архитектуру почтовой машины

метка (некоторый знак), либо отсутствовать
(пусто).

Рис. 2.3.
Модель машины Поста

Вдоль ленты движется каретка — считывающее устройство. На
рисунке 2.3 она обозначена стрелкой. Каретка может передвигаться шагами: один
шаг — смещение на одну клетку вправо или влево. Клетку, под которой установлена
каретка, будем называть текущей.

Каретка является еще и процессором машины.
С ее помощью  распознать, пустая клетка или помеченная знаком;  стереть знак в текущей клетке;  записать знак в пустую текущую
клетку.

Если произвести замену меток на единицы, а пустых клеток — на нули, то
информацию на ленте можно будет рассматривать как аналог двоичного кода
телеграфного сообщения или данных в памяти компьютера. Существенное отличие
кареткипроцессора машины Поста от процессора компьютера состоит в том, что в
компьютере возможен доступ процессора к ячейкам памяти в произвольном порядке,
а в машине Поста — только последовательно.

Назначение машины Поста — производить преобразования на
информационной ленте. Исходное состояние ленты можно рассматривать как исходные
данные задачи, конечное состояние ленты — как результат решения задачи. Кроме
того, в исходные данные входит информация о начальном положении каретки.

Теперь рассмотрим систему команд машины Поста (табл. 2.1).
Запись всякой команды начинается с ее порядкового номера в программе — п. Затем
следует код операции и после него — номер следующей выполняемой команды
программы — т.

Рассмотрим пример программы решения задачи на машине Поста.
Исходное состояние показано на рис. 2.3. Машина должна стереть знак в текущей
клетке и присоединить его слева к группе знаков, расположенных справа от
каретки. Программа приведена в табл. 2.2.

Таблица 2.1. Система команд машины
Поста

Таблица 2.2. Программа для
машины Поста

В процессе выполнения приведенной программы многократно
повторяется выполнение команд с номерами 2 и З. Такая ситуация называется
циклом. Напомним, что цикл относится к числу основных алгоритмических структур
вместе со следованием и ветвлением.

А теперь научим машину Поста играть в интеллектуальную
игру, которая называется «Игра Баше»: Опишем правила игры.

Играют двое. Перед ними 21 (или 16, или 11 и т. д.) фишка.
Игроки берут фишки по очереди. За один ход можно взять от 1 до 4 фишек.
Проигрывает тот, кто забирает последнюю фишку.

Имеется выигрышная тактика для игрока, берущего фишки вторым.
Она заключается в том, чтобы брать такое количество фишек, которое дополняет
число фишек, взятых соперником на предыдущем ходе, до пяти.

Роль фишек на информационной ленте машины Поста будут выполнять метки (знаки).
Машина играет с человеком. Человеку предоставляется возможность стирать метки
(брать фишки) первым. Машина будет вступать в игру второй. Исходная обстановка:
на ленте массив из 21 клетки содержит метки. Каретка установлена на крайней
слева клетке этого массива. Стирать метки можно только подряд. Выигрышным
результатом должна быть одна оставшаяся метка перед очередным ходом человека.

Еще раз напомним принцип выигрышной тактики: стирать столько
меток, чтобы в сумме с метками, стертыми противником за предыдущий ход, их было
пять.

Программа управления машиной Поста в игре Баше против
человека приведена в табл. 2.3.

Таблица 2.3. Игровая программа Баше

Действуя по данной программе и начиная стирать метки второй
после человека, машина всегда будет выигрывать, если правильно задано начальное
число меток, которое должно быть равно 5п 1, где п — любое натуральное число.
В противном случае машина может проиграть.

Подведем итог. Автоматическая обработка информации возможна,
если:

1)информация
представлена в формализованном виде в конечном алфавите некоторой знаковой
системы;

реализован исполнитель, обладающий конечной системой команд, достаточной для
построения алгоритмов решения определенного класса задач обработки информации;

З) реализовано программное управление
работой исполнителя.

Машина Поста — пример автоматического исполнителя обработки
информации с ограниченными возможностями. Компьютер удовлетворяет всем
вышеперечисленным свойствам. Он является универсальным автоматическим
исполнителем обработки информации.

Система основных понятий

Вспомогательные алгоритмы и подпрограммы

Еще одним важнейшим методологическим приемом структурного
программирования является Декомпозиция решаемой заДачи на поДзаДачи — более
простые, с точки зрения программирования, части исходной задачи. Алгоритмы
решения таких подзадач называются вспомогательными алгоритмами.

В языках программирования вспомогательные алгоритмы
называются подпрограммами. В Паскале различаются две разновидности подпрограмм:
процедуры и функции. Рассмотрим этот вопрос на примере следующей задачи: даны
два натуральных числа а и Ь. Требуется определить наибольший общий делитель
трех величин: а Ь, а2 b 2 , а • Ь. Запишем это так:
НОД(а Ь, а2 b2

Идея решения состоит в следующем математическом факте: если
х, у, z три натуральных числа, то НОД(х, у, 2)

Очевидно, что вспомогательным алгоритмом для решения
поставленной задачи является алгоритм получения наибольшего общего делителя
двух чисел. Эта задача решается с помощью алгоритма Евклида, который подробно
обсуждался в 9 классе. Напомним, что идея алгоритма Евклида основана на
следующей формуле:

М, чтобы М=N; ПГЦД (М-ЛТ, Н),

НОД(ПГ, — М), при > М.

Приведем алгоритм решения поставленной задачи на учебном Алгоритмическом языке.
Алгоритм состоит из процедуры «Евклид» и основного алгоритма «Задача», в
котором присутствуют два обращения к процедуре:

процедура
Евклид(цел М, N, К) нач пока

Если M>N, то иначе N:=N—M все cc

К:=М кон

Все задачи введите a, b, c start input(a, b)

Евклид (а б, в)

Евклид(с, a*b,
с) вывод(с) кон

Здесь М, лт и К являются формальными параметрами процедуры. М
и лт — параметры-аргументы, К — параметр-результат.

Процедуры в Паскале. Основное отличие процедур в Паскале от
процедур в Алгоритмическом языке (АЯ) состоит в том, что процедуры в Паскале
описываются в разделе описания подпрограмм, а в АЯ процедура является внешней
по отношению к вызывающей программе. Теперь посмотрим, как решение поставленной
задачи программируется на Паскале.

Программа НОД1;

Var А, В, С:
Integer;

Procedure Evk1id (М, N: Integer; Var
к: 1nteger) ;

Begin

Whi1e

If МЛ

Then

End;

Begin

Write

Evk1id (А В, А*А В*В) , С) ;

Евк1ид(С, А*В, С);

WriteLn ( НОД         С) End.

В данном примере обмен аргументами и результатами между
основной программой и процедурой производится через параметры. Описание
процедуры на Паскале имеет следующий формат:

Квадратные скобки указывают на то, что список формальных
параметров может отсутствовать, т. е. возможна процедура без параметров.
Параметры могут быть параметрами-переменными и параметрами-значениями.
Параметры-переменные записываются следующим образом:

Var <список переменных> :
<тип> Параметры-значения указываются так:

Чаще всего аргументы представляются как параметры-значения
(хотя могут быть и параметрами-переменными). А для передачи результатов
используются параметры-переменные. Процедура в качестве результата может
передавать в вызывающую программу множество значений (в частном случае — одно),
а может и ни одного. Теперь рассмотрим правила обращения к процедуре. Обращение
к процедуре производится в форме оператора процедуры:

Если описана процедура с формальными параметрами, то
обращение к ней производится оператором процедуры с фактическими параметрами.
Правила соответствия между формальными и фактическими параметрами: соответствие
по количеству, соответствие по последовательности и соответствие по типам.

Взаимодействие формальных и фактических параметров через параметры-переменные
называется передачей по ссылке: при обращении к процедуре ей передается ссылка
на переменную, заданную в качестве фактического параметра. Эта ссылка и
используется процедурой для доступа к этой переменной.

Другой вариант взаимодействия формальных и фактических
параметров называется передачей по значению: вычисляется значение фактического
параметра (выражения), и это значение присваивается соответствующему
формальному параметру.

В рассмотренном нами примере формальные параметры М и лт
являются параметрами-значениями. Это аргументы процедуры. При обращении к ней
первый раз им соответствуют значения выражений А В и abs(A — В); второй раз —
С и А*В. Параметр К является параметром-переменной.

Теперь рассмотрим другой вариант программы, решающей ту же
задачу. В ней используется процедура без параметров.

Программа NOD2 ;

Var А, В, К, М, N: 1nteger;

E1se

End;

Begin

Написать (а = ‘); ЧитатьLn(А); Evk1id; М==К;

Evk1id;

WriteLn(gcd равно End.

Чтобы разобраться в этом примере, требуется объяснить новое
для нас понятие: область действия описания.

Областью действия описания любого программного объекта (переменной, типа,
константы и т. д.) является тот блок, на который это описание распространяется.
Если данный блок вложен в

В программе NOD1 переменные М, N, К являются локальными
внутри процедуры; переменные А, В, С — глобальные. Однако внутри процедуры
переменные А, В, С не используются. Связь между внешним блоком и процедурой
осуществляется через параметры.

В программе NOD2 все переменные являются глобальными. В
процедуре Evk1id нет ни одной локальной переменной (нет и параметров).
Переменные М и N, используемые в процедуре, получают свои значения через
оператор присваивания в основном блоке программы и изменяют значения в подпрограмме.

Использование механизма передачи через параметры делает
процедуру более универсальной, независимой от основной программы. Однако в
некоторых случаях оказывается удобнее использовать передачу через глобальные
переменные. Чаще такое бывает с процедурами, работающими с большими объемами
информации. В этой ситуации глобальное взаимодействие экономит память
компьютера.

Функции. Теперь выясним, что такое подпрограмма-функция.
Обычно функция используется в том случае, когда результатом работы подпрограммы
должна быть скалярная (простая) величина. Тип результата называется типом
функции. Формат описания функции следующий:

Function <имя функции> [
(<.список формальных параметров>) ] : <тип функции> ;

Как и у процедуры, у функции в списке формальных параметров
могут присутствовать параметры-переменные и параметры-значения. Всё это —
аргументы функции. Параметры вообще могут отсутствовать, если аргументы
передаются глобально.

Программа решения рассмотренной выше задачи с использованием функции будет
выглядеть следующим образом:

Программа NOD3 ;

Var А, В, Rez: Inteqer ;

Function
Evk1id (М, N: Inteqer) : Integer;

Begin

В то время как DoThen Ì:

Идентификатор Evk1; =М

End;

Begin

Написать

Паскаль — язык структурного программирования

Программирование для ЭВМ — процесс создания программ
управления работой компьютера.

Развитие программирования

С изобретением программно управляемых вычислительных машин появилась новая
профессия — программист. На ламповых ЭВМ первого поколения программисты
составляли свои программы, используя непосредственно команды процессора. При
этом программисту приходилось самому распределять ячейки памяти под данные и
под команды программы. Нужно было знать систему команд процессора и коды всех
команд. Исходные данные и команды представлялись в форме двоичного кода, т. е.
непосредственно в том виде, в котором они хранились в памяти ЭВМ. Для
сокращения записи программ на специальных бланках обычно использовали
двоично-восьмеричный или двоично-шестнадцатеричный код. Вот пример команды
программы для одного из компьютеров первого поколения:

Такая команда называется трехадресной. Код 0216 относится к
команде сложения. 1-й и 2-й адреса — это адреса ячеек ОЗУ, в которых хранятся
слагаемые, 3-й адрес — адрес ячейки, куда заносится сумма. Сама команда
хранится в ячейке ОЗУ с адресом 2816.

Программирование в машинных кодах представляло собой сложный
процесс. По этой причине производительность работы программистов была довольно
низкой. В 1950-х годах возникает направление, которое получило название
«автоматизация программирования». Основная его цель — создание средств,
облегчающих и ускоряющих процесс создания программы для ЭВМ.

Первыми языками программирования были машинно-ориентированные
автокоды. Позднее за языками такого уровня закрепилось название ассемблеры.
Первоначально ассемблером называли программу-переводчик с языка ассемблера в
машинные команды. Позднее и сам язык ассемблера стали называть именем
ассемблер.

ADD а, Ь, с

Слово АШ) обозначает команду «сложить», а и Ь — имена переменных-слагаемых, с —
переменная, куда помещается результат.

Язык ассемблер называется машинно-ориентированным по той
причине, что для каждой команды процессора существует свой аналог команды
на ассемблере. Поскольку разные типы ЭВМ имели разные системы команд
процессора, ассемблеры у них тоже отличались.

Составление программы на ассемблере проще, чем на языке
команд процессора. Работу по распределению памяти под данные и команды, перевод
команд ассемблера в машинные команды берет на себя специальная системная
программа — транслятор.

Из машинной ориентированности программ на ассемблере следует,
что такие программы нельзя переносить для исполнения на другие типы ЭВМ с
другой системой команд процессора. Эта проблема создавала серьезные ограничения
для прикладных программистов. Кроме того, само программирование на ассемблере
является достаточно сложным для массового освоения, что ограничивало
использование ЭВМ в прикладных областях.

Языки программирования высокого уровня. Следующим этапом
развития программирования стало создание языков программирования высокого уровня
— ЯПВУ. Примеры ЯПВУ: Паскаль, Бейсик, Фортран, Си, Java и др. Все названные
ЯПВУ относятся к так называемой процедурной парадигме программирования. Поэтому
их называют процеДурнылш языками программирования. Программы на таких языках
представляют собой последователь

Для каждого языка существует машинно-независимый стандарт-
Возможность программирования на данном ЯПВУ зависит от наличия на вашем
компьютере транслятора с этого языка. Трансляторы для каждого типа компьютера
создают системные программисты.

Текст программы на ЯПВУ по своей форме ближе к естественным языкам (чаще всего
— английскому), к языку математики. Та же команда сложения двух величин на ЯПВУ
похожа на привычную форму математического равенства:

с : =a b (на Паскале); с=а Ь (на
Фортране, Бейсике, Си).

Освоить программирование на языке высокого уровня гораздо
проще, чем на ассемблере. Поэтому с появлением ЯПВУ значительно возросло число
прикладных программистов, расширилось применение ЭВМ во многих областях.

Большое количество языков программирования появилось в
1960—1970-х годах. В 1965 году в Дартмутском университете был разработан язык
Бейсик. По замыслу авторов это простой, легко изучаемый язык, предназначенный
для программирования несложных расчетных задач. Наибольшее распространение
Бейсик получил с появлением микроЭВМ и персональных компьютеров.

История Паскаля

Язык программирования Паскаль был создан швейцарским
профессором Никлаусом Виртом в 1969 году как язык для обучения студентов
структурной методике программирования. Язык получил свое название в честь Блеза
Паскаля, изобретателя первого вычислительного механического устройства. Позднее
фирма Borland International, Inc (США) разработала систему программирования
Турбо Паскаль для персональных компьютеров, которая вышла за рамки учебного
применения и стала использоваться для научных и производственных целей. В Турбо
Паскаль были внесены некоторые дополнения к базовому стандарту Паскаля,
описанному Н. Виртом. Со временем язык развивался. Начиная с версии

Структура процедурных языков
программирования высокого уровня

Во всяком языке программирования определены способы организации данных и
способы организаций действий над данными. Кроме того, существует понятие
«элементы языка», включакощее в себя множество символов (алфавит), служебных
слов и других изобразительных средств языка программирования. Несмотря на
разнообразие процедурных языков, их изучение происходит приблизительно по одной
схеме. Это связано с общностью структуры различных процедурных языков
программирования высокого уровня, которая схематически отражена на рис. 3.9.

Рис. 3.9.
Структура процедурного ЯПВУ

Всякий язык программирования образуют три его основные
составляющие: алфавит, синтаксис и семантика. Алфавит

Создание программы на Паскале

По определению стандартного Паскаля, программа состоит из заголовка программы и
тела программы (блока), за которым следует точка — признак конца программы. В
свою очередь, блок содержит разделы описаний (меток, констант, типов,
переменных, подпрограмм) и раздел операторов.

Program <имя программы> ; ЬаЬе1
<раздел меток> ;

Const <раздел констант>; Туре
<раздел типоо ;

Var <переменная раздела> ;

Procedure
(Function) <раздел подпрограмм> ; Begin

Раздел операторов имеется в любой программе и является
основным. Предшествующие разделы носят характер описаний и не все обязательно
присутствуют в каждой программе.

В Турбо Паскале, в отличие от базового стандарта Паскаля,
возможно:

Вопросы и
задания

1.  В каком виде составлялись программы
для первых компьютеров?

2.  Чем отличались программы на автокодах
(ассемблерах) от программ в машинных кодах?

З. Почему ЯПВУ являются машинно-независимыми языками
программирования?

4. Что транслируется?

5.  В какой парадигме программирования
реализован язык Паскаль?

6.  Что входит в структуру любого
процедурного ЯПВУ?

7.  Из каких основных разделов состоит
программа на Паскале?

Универсальных учебных действий (ууд)